Prof. Dr.-Ing. K. Stiebler Fachbereich ME TH Mittelhessen Name: Matr.-Nr.: Studiengang: Punktzahl: Note: Klausur Werkstofftechnik II am 05.07.2011 Zeit: Hilfsmittel: Achtung: 90 min für alle Teilnehmer/-innen Taschenrechner Studierende der Diplom-Studiengänge EST und TGA müssen die Zusatzaufgaben zur Technologie bearbeiten I. Aufgabe (insgesamt 16 Punkte) 1. Vervollständigen Sie das Gitter, das aus Fe-Atomen bestehen soll und zeichnen Sie die folgenden nulldimensionalen (punktförmigen) Gitterfehler ein: a) Leerstelle b) Zwischengitteratom c) Frenkel-Paar d) Austauschatom e) Einlagerungsatom 2. a) Wie beeinflussen die Zwischengitteratome die Festigkeit eines Werkstoffs?... b) Unter welchen Einsatzbedingungen eines Werkstoffs entstehen vermehrt Frenkel-Paare?... c) Nennen Sie je ein Beispiel für ein: Austauschatom (Wirtsgitter: Fe):... Einlagerungsatom (Wirtsgitter: Fe):... e) Welcher thermisch aktivierte Prozess läuft fast ausschließlich über die Leerstellen?... 3. Wie nennt man einen Kristall, in dem Fremdatome bzw. Legierungselemente gelöst sind?...
II. Aufgabe (insgesamt 34 Punkte) Das Eisen-Kohlenstoff-Schaubild (EKS) ist gegeben: 1. a) Kennzeichnen Sie im obigen EKS den Bereich der Stähle und den Bereich des Gusseisens. b) Wie nennt man das Gusseisen des metastabilen Systems?... 2. Kennzeichnen Sie im EKS die Liquiduslinie des metastabilen Systems. 3. Kennzeichnen Sie im EKS den Stahl mit 0,8% Kohlenstoff und beschreiben Sie den Abkühlverlauf dieses Stahls beginnend bei 1500 o C: 4. Skizzieren Sie schematisch das Gefüge des 0,8 % Kohlenstoff-Stahls bei Raumtemperatur: (Phasenbezeichnungen nicht vergessen!) 2
5. a) Bei welcher Temperatur wird der o. g. Stahl normalgeglüht?... o C b) Was passiert, wenn diese Temperatur deutlich überschritten wird?... 6. Wie werden Festigkeit und Verformungsfähigkeit des o. g. Stahls sein, verglichen mit dem unlegierten Baustahl S235, der etwa 0,2 % C enthält? Festigkeit:... Verformungsfähigkeit:... 7. Beurteilen Sie den 0,8% - Kohlenstoffstahl bezüglich seiner Schweißeignung und begründen Sie diese Aussage:... 8. Wie viel % Kohlenstoff enthalten die Gefügebestandteile: Ledeburit:... % C Zementit:...... % C Perlit:... % C 9. In welchem Phasenfeld des EKS entsteht der Primärzementit? (Feld im EKS kennzeichnen!) III. Aufgabe (insgesamt 34 Punkte) 1. Welcher Gefügebestandteil entsteht beim Härten eines Stahls?... 2. Das Warmbadhärten (isothermes Härten) wird durch folgenden Verfahrensablauf beschrieben: T Austenitisieren A c3 Abschrecken im Metall-/Salzbad Halten im Bad T W M s langsames Abkühlen t a) Wozu dient das schnelle Abschrecken im Metall- bzw. Salzbad nach dem Austenitisieren?... b) Wozu dient das (möglichst lange) Halten im Bad bei T W?... c) Was passiert bei der Temperatur M s?... 3
3. Zur Härtbarkeit: a) Was beschreibt die Einhärtbarkeit und wodurch wird sie hauptsächlich bestimmt?... b) Was beschreibt die Aufhärtbarkeit und wodurch wird sie hauptsächlich bestimmt?... c) Durch welchen experimentellen Versuch werden Ein- und Aufhärtbarkeit bestimmt?... 4. Für unlegierte Stähle gilt folgendes Diagramm: a) Was für ein Gefüge entsteht beim Abschrecken mit der: oberen kritischen Abkühlgeschwindigkeit v ok :... unteren kritischen Abkühlgeschwindigkeit v uk :... b) Warum kann man einen unlegierten Stahl mit weniger als 0,2 % Kohlenstoff nicht mit konventionellen Mitteln härten? Erklärung mit Hilfe des obigen Diagramms! 5. Ihnen stehen folgende Stähle zur Verfügung: S235, C45, X6 CrNiMoTi 17-12-2, 34 CrNiMo 6. a) Welche dieser Stähle sind härtbar?... b) Welche dieser Stähle sind nicht härtbar und warum nicht? 4
IV. Aufgabe (insgesamt 16 Punkte) 1. Was ist ein Stengelkristall und unter welchen Bedingungen entsteht er: 2. Wodurch entsteht die Kaltverfestigung und wie beeinflusst sie die Härte eines Werkstoffs? 3. Was ist eine intermetallische Phase (Verbindung)? Geben Sie zusätzlich ein Beispiel an. 4. Was passiert bei der Rekristallisation mit dem Gefüge und welche Voraussetzung muss der Werkstoff mitbringen, damit sie ablaufen kann? Aufgaben zur Technologie nur für die Diplom-Studiengänge EST und TGA: V. Aufgabe (insgesamt 11 Punkte) 1. Das Tiefziehen ist ein Blech-Umformverfahren. Beschreiben Sie das Verfahren anhand einer Skizze: 2. Für welche Art von Bauteilen wird das Tiefziehen benutzt? Nennen Sie Beispiele: 3. Wodurch wird die Zipfelbildung beim Tiefziehen verursacht? 5
VI. Aufgabe (insgesamt 19 Punkte) Zum Wolfram-Inertgasschweißen (WIG): 1. Skizzieren Sie schematisch das Schweißverfahren WIG: 2. Warum wird Aluminium mit Wechselstrom geschweißt? 3. Welches Schutzgas findet in der Regel Verwendung?... 4. Wovon hängt die einzustellende Stromstärke ab? a)... b)... 5. Warum werden unlegierte Stähle nicht mit WIG geschweißt?... 6